Vědci vytvořili "dětskou" červí díru pomocí kvantového počítače Google Sycamore 2.
Nová studie je prvním krokem ke zkoumání kvantové gravitace v laboratoři. Když vědci viděli data, měli "záchvat paniky", tak působivý je A tady je důvod.
Jak vytvořit „kvantovou červí díru“?
Červí díry nebo červí díry jsou hypotetické tunely v časoprostoru spojené černými dírami (černými dírami) na obou koncích.V přírodě jejich obrovská gravitace vytváří podmínky pro vznik červí díry, ale ta simulovaná v novém experimentu je mírně odlišná.Je to v podstatě "hračkový" model založený na kvantové teleportaci, která simuluje dvě černé díry a posílá informace portálem.
Gravitace a kvantový svět jsou historicky brány v úvahuпротивоположными, разными процессами. Но, по мнению исследователей, это не совсем так. Согласно голографическому принципу, теорию гравитации, которая не работает вокруг сингулярностей черных дыр, можно объяснить квантовыми законами. Таким образом, новый эксперимент, кроме всего прочего, меняет физику, связывая общую теорию относительности (ОТО) и квантовую механику.
Einsteinovy předpovědi
Myšlenku červích děr poprvé navrhl AlbertEinstein a jeho kolega Nathan Rosen v roce 1935. Pak navrhli, že v rámci obecné teorie relativity mohou být černé díry propojeny mosty, které fungují jako „portál“. Tato teorie je pokusem nabídnout alternativní vysvětlení pro body singularity ve vesmíru – jádra černých děr. Tam se hmota bude nekonečně koncentrovat v jednom bodě a vytvoří tak silné gravitační pole, že časoprostor je deformován do nekonečna a ničí Einsteinovy rovnice. Pokud však toto „chování“ černých děr vede ke vzniku červích děr, pak je obecná teorie relativity správná, uvažovali vědci.
Červí díra, která deformuje časoprostor. Zdroj: Needpix.com
Zároveň měsíc před zveřejněnímslavný papír z roku 1935 provedli Einstein, Rosen a jejich kolega Boris Podolsky další studii. Pak provedli předpověď, která se lišila od jejich pozdější práce o obecné teorii relativity. Nepodporovala kvantovou teorii, ale spíše zdiskreditovala její „směšné závěry“.
Pokud platí pravidla kvantové mechaniky, vlastnostidvě částice musí být neoddělitelně spojeny, zdůraznili vědci. Měření jednoho by okamžitě ovlivnilo druhé, i když je od sebe dělí obrovská vzdálenost. Einstein se tomuto procesu vysmíval a dnes je známý jako kvantové zapletení. Vědec to nazval „přízračnou akcí na dálku“, čímž naznačil její nereálnost. Od té doby byl však pozorován a používán fyziky více než jednou.
Hlavní chyba vědce
I když Einstein udělal tyhle dvapřevratné předpovědi, jeho nechuť k nejistotě a podivnosti kvantové fyziky ho oslepily. V důsledku toho neučinil zásadní objev: obecná teorie relativity a kvantová fyzika spolu mohou souviset, stejně jako jeho dva předpoklady. Oddělením obecné teorie relativity od kvantové teorie fyzici neprozkoumali důležitou oblast vědy, ve které se gravitace a kvantové efekty střetávají. Výsledkem je, že stále nevíme, co se skrývá uvnitř černých děr a nekonečně malého bodu, ve kterém byl vesmír soustředěn v okamžiku velkého třesku.
Holografický princip
Protože se Einstein dostal do slepé uličky,Vědci se pokusili vytvořit „teorii všeho“ – spojit relativitu a kvantový svět. Fyzici během toho vytvořili mnoho velmi neobvyklých teorií, jednou z nich je holografický princip. Vesmír je podle ní trojrozměrná holografická projekce procesů, které probíhají na vzdáleném dvourozměrném povrchu.
Myšlenka vznikla v díle Stephena Hawkinga v 70. letech 20. stoletílet. Poté formuloval zdánlivý paradox: pokud černé díry skutečně emitují Hawkingovo záření (virtuální částice, které se náhodně objevují v blízkosti horizontu událostí), nakonec se vypaří. To porušuje základní pravidlo kvantové mechaniky, že informaci nelze zničit. Nyní se GR a kvantová mechanika už nezdály jen neslučitelné; Navzdory mnoha neuvěřitelně přesným předpovědím se mohou zcela mýlit.
Chcete-li tento problém vyřešit, zastánci teoriestrings, které smířily kvantový svět a obecnou relativitu, předpokládaly, že informace v černé díře je spojena s dvourozměrným povrchem jejího horizontu událostí (bod, za kterým nemůže uniknout ani světlo kvůli supergravitaci). Fyzici věřili, že informace o zhroucení hvězdy do černé díry byly vetkány do fluktuací na povrchu tohoto horizontu, než byly zakódovány v Hawkingově záření a odeslány předtím, než se černá díra vypařila.
V devadesátých letech teoretičtí fyzici LeonardSusskind a Gerard Hoeft si uvědomili, že tento nápad je třeba rozvinout (na počest Susskinda byl zničen jeden z hrdinů sitcomu „Teorie velkého třesku“). Pokud si všechny informace o trojrozměrné hvězdě představíte na dvourozměrném horizontu událostí, pak je Vesmír (který má také svůj rozpínající se horizont) také trojrozměrnou projekcí dvourozměrné informace – hologramem.
Umělcova představa informačního portálu. Foto: Needpix.com
Z tohoto pohledu dvě nesourodé teorie – navlastně jednotný celek. Gravitační zakřivení časoprostoru, stejně jako všechno ostatní, co vidíme, je holografická projekce. Objevil se jako výsledek nejmenších interakcí kvantových částic na nízkorozměrném povrchu vzdáleného horizontu.
Ověření nápadu
K otestování těchto myšlenek použili fyziciPočítač Google Sycamore 2. Naložili do něj základní model jednoduchého holografického vesmíru, který na každém konci obsahoval dvě kvantově propletené černé díry. Po zakódování vstupní zprávy do prvního qubitu vědci sledovali, jak se změnila v blábol (jako by ji spolkla první díra). A pak vyletěl nezašifrovaný a nepoškozený na druhém konci, jako by ho „vyplivla“ druhá černá díra.
Co bude dál?
Nejúžasnější věc na experimentu s červí dírounení to, že zpráva prošla v té či oné podobě. Je důležité, aby vypadal zcela neporušený. Ve skutečnosti se model choval jako fyzická červí díra: experiment ukázal, že by mohl být poháněn kvantovým zapletením.
Přitom informace prošly maličkostímezera Byla jen párkrát větší než nejkratší myslitelná vzdálenost v přírodě – Planckova délka. V budoucnu budou vědci vyvíjet složitější experimenty a provádět je s pokročilejším vybavením. Cílem je posílat zprávy na velké vzdálenosti.
Jaký je konečný výsledek?
Analogy černé díry v kvantupočítače nejsou všepohlcující monstra skrývající se ve vesmíru. Vědci si nejsou jisti, zda modelovali černé díry dostatečně přesně, a nazvali tyto zlomeniny kvantového počítače „emergentní“ černé díry. Fyzici však poznamenali, že „vypadají jako kachny, chodí jako kachny a kvákají jako kachny“. Vypadá to, že jsou to opravdu kachny.
Rozsáhlý teoretický „skok“ odNení nutné místo informace posílat červí dírou něco fyzického, například subatomární částici. Fyzici však zdůrazňují, že vytvoření skutečné mini-černé díry by vyžadovalo mnohem vyšší hustotu qubitů. Je velmi obtížné to provést experimentálně. Než pošlete psa Lajku do červí díry, jako to kdysi udělal do vesmíru, zbývá ještě hodně práce.
Přečtěte si více:
Vejce bylo vypuštěno z vesmíru: podívejte se, co se s ním stalo
V USA se šíří mozkožravá améba: existuje nějaké nebezpečí pro Rusko?
Podívejte se, jak vypadá žena Thora. Žila před 800 lety
Na obálce: umělcova představa o červí díře